ANALISI SPERIMENTALE DEL COMPORTAMENTO CICLICO DI NODI DI TRAVI SER E PILASTRI IN C.A. P. Colajanni*, L. La Mendola**, A. Monaco** * Dipartimento di Ingegneria Civile, Università di Messina , ITALY ** Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale, Aerospaziale, dei Materiali, Università di Palermo, ITALY
collegio dei tecnici della industrializzazione edilizia
Tipologia di traliccio Travi prefabbricate reticolari miste Fase I
Fase II
Struttura reticolare metallica (Fase I) • corrente superiore
• corrente inferiore • anima di collegamento Getto di calcestruzzo (Fase II)
Traliccio di trave SER prodotta dalla Ditta Sicilferro Torrenovese S.r.l. (ME) corrente superiore 3Φ16 acciaio B450C cavallotti d’anima Φ12 acciaio B450C
piatto s = 5 mm acciaio S355 Calcestruzzo Rcm = 36,52 MPa
collegio dei tecnici della industrializzazione edilizia
Progetto del campione Sistema intelaiato con travi SER 0
500
1000
Progetto secondo DM2008 - Criterio di gerarchia delle resistenze in CD"B" 500
500
300
30
5
Ø8/19
30
RET. ø 12/300 ( x2 )
40
RET. ø 12/300 ( x2 )
6ø8/10
6ø8/10
6ø8/6.5
6ø8/6.5
6ø8/10
6ø8/10
6ø8/6.5
Piatto 300x5x4600
P
250
Piatto 300x5x4600
P
30
40
19
30
3ø16 L=450
Sez. di estremità
307 2ø24 L=337
15
2Φ24 monconi inf.
250
Sez. in campata
15
15
21
15
160 2ø24 L=196
4ø22 L=194 160
18
4Φ24 monconi sup.
300
3Φ16 corrente sup. traliccio
160 2ø22 L=196
21
4ø24 L=337 307
16
15
3ø16 L=450
15
16
18
3Φ16 corrente sup. traliccio 4ø24 L=194 160
25
25
Ø8/11
6
Q=300
40
6ø8/6.5
Ø8/11
Sez. pilastro
0
40
Q=300
30
46
48
67
400
30x25 S.E.R. L=470
Ø8/19
3 30x25 S.E.R. L=460
40
Q=300
nodo interno di telaio perimetrale
500
30x25 S.E.R. L=470
STC2 30
2 30x25 S.E.R. L=460
40
500
30
30x25 S.E.R. L=470
STC1
30x25 S.E.R. L=470 30
1
40
30x25 S.E.R. L=460
40
48
10Φ20
10ø20 L=300
30
30x25 S.E.R. L=470
6
30
40
5 30x25 S.E.R. L=460
1000
500
40
4
4
30x25 S.E.R. L=460
40
30x25 S.E.R.L=470
30x25 S.E.R. L=460
40
30
TELAIO 2 Imp.1
9
30
8
30
7
300
collegio dei tecnici della industrializzazione edilizia
Strumentazione e set-up di prova Collegamento al nodo: 137.5
estensimetri
18.00 9.00
35.00
Continuità al nodo: assicurata da monconi in acciaio B450C aggiunti ai lembi superiore e inferiore non collegati al traliccio.
6.00 5.00 137.5
230.00
2ø24 L=810
Assenza di collegamento traliccio: piatto e correnti superiori interrotti a filo di pilastro.
Estensimetri elettrici con base di misura 6 mm: Est. A1-A2-A3-A4
Monconi superiori e inferiori 1ø24 L=337 1ø24 L=337 1ø24 L=337 1ø24 L=337
Est. A5-A6 Piatto metallico inferiore Est. A7-A8
Barra d’anima
collegio dei tecnici della industrializzazione edilizia
Strumentazione e set-up di prova Cerniera fissa
h2 Appoggio scorrevole bilatero
LVDT_1
Appoggio scorrevole bilatero A1
A3
A2
A4
Piatto metallico
h1
L
150 mm
LVDT_2
CARICO MARTINETTO CARICO DI PRECOMPRESSIONE
Elevati sforzi di taglio nel pannello di nodo
L = 230 cm; h2 = 141 cm
collegio dei tecnici della industrializzazione edilizia
Strumentazione e set-up di prova Cerniera Cerniera fissa
h Appoggi scorrevoli 2
Appoggio scorrevole bilatero
LVDT-1
Appoggio scorrevole bilatero A1
A3
A2
A4
Martinetti
LVDT_1
Piatto metallico
(portata 170 kN) L
h1
150 mm
LVDT_2
CARICO MARTINETTO CARICO DI PRECOMPRESSIONE
LVDT-2
Elevati potenziometrici sforzi di taglio Trasduttori nel400 pannello di nodo (corsa mm, precisione 0.01 mm)
Precompressione L =impressa 230 cm; con h2 = martinetto 141 cm da 1000 kN e quattro barre di acciaio B450C (ÎŚ30) con estremitĂ filettate collegio dei tecnici della industrializzazione edilizia
Risultati sperimentali – Prova N°1 150
LVDT-2
P [kN]
Ciclo 100
50
0 -150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
Spt [mm] -50
-100
N = 800 kN
LVDT-1
ciclo 1
ciclo 2
ciclo 3
ciclo 4
ciclo 5
ciclo 6
ciclo 7
ciclo 8
ciclo 9
1 2 3 4 5 6 7 8 9
P [kN]
Ciclo
50
0 -100
sptmax Drift (+) (mm) (%) 22 0.81 41 1.50 59 2.16 78 2.86 96 3.52 116 4.25 105 3.85 154 5.64 217 7.95
Pmin (kN) -59 -80 -90 -100 -120 -122 0 0 0
sptmin Drift (-) (mm) (%) -26 0.95 -42 1.54 -62 2.27 -75.6 2.77 -100 3.66 -122 4.47 37.2 1.36 107.7 3.95 148 5.42
Pmax (kN) 59 80 100 107 113 104 125 128 122
sptmax Drift (+) (mm) (%) 14 0.91 27 1.76 39 2.54 51 3.32 64 4.17 70 4.56 87 5.67 117 7.62 155 10.10
Pmin (kN) -59 -80 -90 -100 -120 -122 0 0 0
sptmin Drift (-) (mm) (%) -19 1.24 -30 1.95 -43 2.80 -52 3.39 -65 4.23 -79 5.15 46 2.99 88 5.73 111 7.23
-150 150
100
-150
Pmax (kN) 59 80 100 107 113 104 125 128 122
-50
0
50
100
150
200
250
Spt [mm] -50
-100
ciclo 1
ciclo 2
ciclo 3
ciclo 4
ciclo 5
ciclo 6
ciclo 7
ciclo 8
ciclo 9
1 2 3 4 5 6 7 8 9
-150
collegio dei tecnici della industrializzazione edilizia
Risultati sperimentali – Prova N°1 150
LVDT-2
P [kN] 100
50
0 -150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
Spt [mm] -50
-100
N = 800 kN
ciclo 1
ciclo 2
ciclo 3
ciclo 4
ciclo 5
ciclo 6
ciclo 7
ciclo 8
ciclo 9
-150
Fessurazione pannello al 4° ciclo.
Plasticizzazione estremità trave.
Configurazione del campione alla fine del 6° ciclo.
collegio dei tecnici della industrializzazione edilizia
Risultati sperimentali – Prova N°1 150
150
A1
ciclo 3 ciclo 4 ciclo 5
0 0
500
1000
1500
2000
2500
3000
-50
ciclo 6 ciclo 7
PROVA 1
Carico [kN]
Carico [kN]
100
ciclo 2
50
-500
A3
ciclo 1
100
-100
ciclo 2 ciclo 3
50
ciclo 4 0
-500
ciclo 8
ciclo 5 0
500
1000
1500
2000
2500
3000
-50
ciclo 8
-100
ciclo 9 -150
-150
Deform azione [μm /m ]
A1
A3
A2
A4
Deform azione [μm /m ]
150
Carico [kN]
100
ciclo 1 ciclo 2 ciclo 3
50
ciclo 4 ciclo 5
0 -1000
-500
0
500
1000
1500
2000
-50
2500
3000
3500
ciclo 6 ciclo 7 ciclo 8
-100
ciclo 9 -150
ciclo 6 ciclo 7
ciclo 9
A2
ciclo 1
Deform azione [μm /m ]
collegio dei tecnici della industrializzazione edilizia
Risultati sperimentali – Prova N°1 150
150
A5
A6
ciclo 1
ciclo 3
PROVA 1
ciclo 4 0 -1000
-500
ciclo 5 0
500
ciclo 7 ciclo 8
-100
ciclo 4 0
-1500
ciclo 6
-50
ciclo 3
50
Carico [kN]
Carico [kN]
ciclo 2
ciclo 2
50
-1500
ciclo 1
100
100
-1000
-500
ciclo 5 0
500
-50
-100
ciclo 9 -150
Deform azione [μm /m ]
A6
A1
A3
A2
A4
A5
Estensimetro A5 il piatto metallico inferiore in prossimità del nodo, in assenza di sufficiente ancoraggio, non partecipa significativamente alla resistenza del nodo
ciclo 7 ciclo 8 ciclo 9
-150
Deform azione [μm /m ]
ciclo 6
Estensimetro A6 l’incremento delle deformazioni, a fronte di una riduzione del momento sollecitante, mostra l’efficacia delle diagonali nel trasferire gli sforzi
collegio dei tecnici della industrializzazione edilizia
Risultati sperimentali – Prova N°2 150
P [kN]
LVDT-2
100
50
0 -350
-250
-150
-50
50
150
250
Spt [mm] -50
-100
N = 800 kN
-50
26
3
0.11
-26
-2
0.08
2
52
16
0.55
-51
-13
0.46
3
75
38
1.30
-77
-29
0.99
4
104
84
2.85
-105
-56
1.90
5
104
170
5.78
-112
-154
5.24
6
81
189
6.45
-90
-208
7.08
0
-123
4.20
-82
-306
10.42
7
ciclo 1 Serie1
ciclo 3 Serie3 0 500
1000 1000
1500 2000 2000
2500 3000
3000 4000
ciclo 4 Serie4
-500 -1000
Serie5 ciclo 5
-100 -100
Serie6 ciclo 6
-150 -150
A1A2
100 100
ciclo 2 Serie2
0 -50
1
PROVA 2
50
50
0
0
ciclo 3 Serie3
0 0 -50 -50
500
A2
Carico [kN]
Carico [kN]
50 50
ciclo 1 Serie1 ciclo 2 Serie2 ciclo 3 Serie3
00 1500 1500
2000 2000
2500 2500
3000 3000
ciclo 4 Serie4 ciclo 5 Serie5
-100 -100
2500 3000
3000 4000
Serie6 ciclo 6
Serie5 ciclo 5 Serie6 ciclo 6
A3
150
A1
A1
100
Deform azione [μm /m ] Deformazione [μm/m]
ciclo 1 ciclo 2
50
ciclo 3 0 -500
-50
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
ciclo 4 ciclo 5
-100
ciclo 6
-150
-150 -150
ciclo 4 Serie4
-150 -150
Carico [kN]
A1 A3
1000 1000
1500 2000 2000
Deform azione [μm /m ] Deformazione [μm/m]
100 100
500 500
1000 1000
-100 -100
A4
ciclo 1 Serie1 ciclo 2 Serie2
Deform azione[μm [μm/m /m] ] Deform azione
150 150
-500 00 -500 -50 -50
sptmin Drift (-) (mm) (%)
150 150 A1A4
50
0
ciclo 6
sptmax Drift (+) Pmin (mm) (%) (kN)
Carico [kN] [kN] Carico
[kN] Carico [kN] Carico
-500 -1000
ciclo 3
ciclo 5
Pmax (kN)
-150
100 100
0
ciclo 2
ciclo 4
ciclo 7
150 150
50
ciclo 1
Ciclo
Deform azione [μm /m ]
collegio dei tecnici della industrializzazione edilizia
Risultati sperimentali – Prova N°2 150
P [kN]
LVDT-2
100
50
0 -350
-250
-150
-50
50
150
250
Spt [mm] -50
-100
N = 800 kN
ciclo 1
ciclo 2
ciclo 3
ciclo 4
ciclo 5
ciclo 6
ciclo 7
-150
Configurazione del campione a fine prova.
4° ciclo: modesta fessurazione pannello; 5° ciclo: campo grandi spostamenti plastici con ulteriore incremento di resistenza; Fessurazione pannello al 4° ciclo.
Fessurazione pannello al 5° ciclo.
7° ciclo: significativo pinching; resistenza residua pari al 73% della resistenza massima.
collegio dei tecnici della industrializzazione edilizia
Risultati sperimentali – Prova N°3 150
P [kN]
LVDT-2
100
Ciclo
Pmax (kN)
50
1
28
12
0.41
-27
-10
0.33
2
46
24
0.81
-47
-19
0.66
3
75
44
1.51
-74
-44
1.51
4
100
69
2.34
-103
-84
2.86
5
108
177
6.01
-95
-190
6.48
6
80
224
7.61
20
0.28
0.01
0 -250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
Spt [mm] -50
-100
N = 400 kN
ciclo 1
ciclo 2
ciclo 3
ciclo 4
ciclo 5
ciclo 6
250
sptmax Drift (+) Pmin (mm) (%) (kN)
sptmin Drift (-) (mm) (%)
-150
Fessurazione del pannello al 3° ciclo.
Configurazione del campione al 4° ciclo.
Configurazione del campione al 5° ciclo.
collegio dei tecnici della industrializzazione edilizia
Previsione analitica 150
150
Prova 1
Prova 2
P [kN]
P [kN]
100
100
50
50
0
0 -150
-100
-50
0
50
100
150
250 -350
200
-250
-150
-50
50
150
Spt [mm] -50
-50
-100
N = 800 kN
ciclo 1
ciclo 2
ciclo 3
ciclo 4
ciclo 5
ciclo 6
ciclo 7
ciclo 8
ciclo 9
-100
N = 800 kN
150
-100
-50
0
50
100
150
200
Spt [mm] -50
-100
N = 400 kN
ciclo 6
ciclo 7
Fu=(Mmin+ Mmax)/(h1+h2+htrave) = 94.48 kN
0 -150
ciclo 3
ciclo 5
Fy =2 Mmin/(h1+h2+htrave) = 66.74 kN
50
-200
ciclo 2
ciclo 4
Prova 1 – h1= 1.07 m
P [kN] 100
-250
ciclo 1
-150
-150
Prova 3
250
Spt [mm]
250
Prove 2 e 3 – h1= 1.28 m Fy = 61.97 kN
ciclo 1
ciclo 2
ciclo 3
ciclo 4
ciclo 5
ciclo 6
Fu = 87.73 kN
Previsione conservativa
-150
collegio dei tecnici della industrializzazione edilizia
Prove su trave continua Studio della connessione trave-pilastro – Prove su trave continua G. Amato, V. Badalamenti, P. Colajanni, L. La Mendola, “Comportamento ciclico delle connessioni tra travi prefabbricate reticolari miste e pilastri in c.a.”. 18° Convegno CTE 2010
A momento positivo P
Traliccio trave SER
Piatti per la P precompressione A
piatto: non collabora alla resistenza delle P sezione della trave nella zona di nodo
Perno centrale
B
20
staffe ø8/7 30
A
B
250
A momento negativo
30
P
4ø24 L=384 344
3ø16 L=250 250
3ø16 L=250 250
4ø16 L=312 312 Connettori Ang. 2xL40x40x5 mm Piatto 300x5x2500 mm
Sez. A-A
piatto: contributo trascurabile nella valutazione del momento resistente
Connettori Ang. 2xL40x40x5 mm Piatto 300x5x2500 mm
Sez. B-B
3ø16
corrente sup: traliccio non contribuisce alla resistenza della sezione
3ø16 4ø24
2Ret ø12
250
corrente sup: lavora in compatibilità con le armature superiori aggiunte
2Ret ø12
250
4ø16 Piatto 300x5 300
Piatto 300x5 300
collegio dei tecnici della industrializzazione edilizia
Modellazione F.E.M. 150
150 ciclo 1
Prova 1
Prova 2
ciclo 2
100
ciclo 1 100
ciclo 2
ciclo 3 ciclo 4 ciclo 5
0 -200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
ciclo 6
ciclo 4 0 -350
-250
ciclo 7
-50
ciclo 3
50
Carico [kN]
Carico [kN]
50
-150
-50
50
150
250
-50
ciclo 5 ciclo 6
ciclo 8 -100
Prova 3
ciclo 1 100 ciclo 2
Carico [kN]
50
ciclo 3 ciclo 4
0 -200
-100
0
100
200
300 ciclo 6
-50
ciclo 7 -100
modello prova 3 -150 Spostamento [mm]
Prova 1 2 3
Fy (kN) 75.6 71.9 71.2
spty LVDT_2 (mm) 34.0 33.2 35.9
ciclo 7 modello prova 2
modello prova 1
-150 Spostamento [mm] 150
-300
-100
ciclo 9
-150 Spostamento [mm]
La sezione resistente è stata considerata composta dal calcestruzzo e dalle sole armature dei monconi di continuità, trascurando cioè il contributo fornito dal traliccio (corrente superiore e piatto inferiore).
spty LVDT_1 (mm) 19.8 17.1 18.6
Fu (kN) 94.9 90.2 90.3
sptu LVDT_2 sptu LVDT_1 (mm) (mm) 51.1 29.5 49.7 25.5 53.8 27.8
collegio dei tecnici della industrializzazione edilizia
Conclusioni •
Per i primi cicli di carico, condotti in modo da non superare la soglia dello snervamento, il nodo non ha esibito danneggiamenti e il campione non ha subito significative riduzioni di rigidezza, se non quelle attribuibili alla naturale fessurazione delle sezioni di estremità delle travi
•
Nei successivi cicli, ottenuti incrementando lo spostamento in fase plastica, si evidenziano un non trascurabile pinching e un modesto degrado di rigidezza dovuto alla fessurazione del pannello del nodo ma senza significative perdite di resistenza
•
Per i cicli con elevati valori di spostamento in campo plastico, la fessurazione del campione ha interessato prevalentemente le sezioni di attacco fra trave e pilastro e, in maniera molto più limitata, la zona del pannello di nodo
•
Nelle condizioni di rottura raggiunte per elevati valori degli spostamenti (20-30 cm corrispondenti a drift di circa 7-10%) il pannello di nodo non appare significativamente danneggiato, la perdita di resistenza del sistema è contenuta e il nodo è in grado di trasmettere carichi superiori a quelli corrispondenti alla formazione della prima cerniera plastica
•
Il rilievo dello spostamento orizzontale di piano ha consentito di escludere l’ipotesi di concentrazione degli spostamenti relativi in uno solo dei due semi-pilastri, rivelando l’assenza di formazione di cerniere plastiche nei pilastri e il rispetto, dunque, della gerarchia delle resistenze.
Grazie per l’attenzione collegio dei tecnici della industrializzazione edilizia